Question

CO和H₂的混合气体俗称合成气，是一种重要的工业原料气，工业上利用天然气（主要成分为CH₄）与水进行高温重整制备合成气。

CH₄(g)+H₂O(g)=CO(g)+3H₂(g) △H=+206.1KJ/mol

（1）在一定温度下，向体积为2L的密闭容器中充入0.40mol CH₄和0.60mol H₂O(g)，测得CH₄(g)和H₂(g)的物质的量浓度随时间变化如下表所示：

①计算该反应第一次达平衡时的平衡常数计算式K=＿＿＿＿＿＿＿

②3min时改变的反应条件可能是＿＿＿＿＿＿＿＿（只填一种条件的改变即可）。

（2）已知温度、压强、投料比X[n(CH₄)/n(H₂O)]对该反应的影响如图所示。

①图1中的两条曲线所示投料比的关系X₁＿＿＿＿X₂(填“=”、“>”或“<”下同)。

②图2中两条曲线所示的压强比的关系：P₁＿＿＿＿P₂。

（3） 以天然气（设杂质不参与反应）、KOH溶液为原料可设计成燃料电池：

①放电时，负极的电极反应式为 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

②设装置中盛有的 KOH溶液，在反应后恰好生成KHCO₃溶液，则该溶液中各离子浓度由大到小的关系为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

Answer

（1）①K=（0.33×0.1）/（0.1×0.2）（2分）

②升高温度、或增大H2O(g)的浓度、或减小CO的浓度 （2分）

（2）①＞（2分） ②＞（2分）

（3）①CH4-8e－＋10OH－ ＝CO32-＋7H2O（3分）

②c(K+)＞c(HCO3-)＞c(OH－)＞c(H＋) ＞c(CO32-)（3分）

【解析】

试题分析：（1）①该反应第一次达平衡时CH40.1 mol·L－1，H20.3 mol·L－1，

CH4(g)+H2O(g)====CO(g)+3H2(g)

开始c（mol·L－1）0.2 0.3 0 0

变化c （mol·L－1）x x x 3x

平衡c（mol·L－1）0.2-x 0.3-x x 3x

x=0.1，

平衡常数计算式K=（0.33×0.1）/（0.1×0.2）；

②3min时，CH4减少，H2增多，且是按比例进行的，说明平衡正向移动，改变的反应条件可能是升高温度、或增大H2O(g)的浓度、或减小CO的浓度；

（2）①如果增加一种反应物的浓度，则会使另一种反应物的转化率提高，而本身转化率降低，由图可知X1时甲烷的含量高，说明增大了甲烷的浓度， X1>X2；②由图可知p1时甲烷的含量高于p2，加压会是反应逆向进行，甲烷增多，说明p1>p2；

（3）①放电时，负极是甲烷失电子，电极反应式为CH4-8e－＋10OH－ ＝CO32-＋7H2O；②反应后恰好生成KHCO3溶液，溶液显碱性，说明碳酸氢根的水解程度大于电离程度，该溶液中离子浓度由大到小的关系为 c(K+)＞c(HCO3-)＞c(OH－)＞c(H＋) ＞c(CO32-)

考点：平衡移动的影响因素，离子浓度大小比较